O wartości współczynnika tłumienia powietrznego fali akustycznej

Witold Jaszczuk, Mikołaj Kirpluk - Liga Walki z Hałasem
O wartości współczynnika tłumienia powietrznego fali akustycznej
- czyli burza w szklance wody
Po zamieszczeniu propozycji korekty wartości współczynnika tłumienie powietrznego fali akustycznej w opublikowanym arkuszu Exela, udostępnionym na stronach stopwiatrakom.eu, rozwinęła się polemika nieproporcjonalnie zaangażowana do istoty sprawy. Propozycja zmiany dotyczyła tylko mnożnika we współczynniku tłumienia i zastąpienia wartości 0,005 dB/m wartością dziesięć razy mniejszą, czyli 0,0005 dB/m. Padły argumenty, że wzoru nie należy zmieniać,
bo był w zamyśle prosty w użyciu, że tak się liczy w Danii itp.
Po pierwsze zmiana wartości z jednej na drugą we wzorze w niczym go nie komplikuje,
po drugie w Danii liczy się nieco inaczej. A jak - można przeczytać w duńskim "dzienniku
ustaw", to znaczy Lovtidende A, 2011 Udgivet den 22. december 2011, nr 1284.
Podano tam w tabeli nr 2 współczynniki pochłaniania energii fali akustycznej w powietrzu
o wilgotności względnej 80% i temperaturze powietrza 10° C
Częstotliwość składowa
Współczynnik tłumienia
Hz
dB/km
Współczynnik tłumienia
obliczony "kalkulatorem"1
na podstawie normy ISO 9613-1
dB/km
50
63
80
100
125
160
200
250
315
400
500
630
800
1000
0,07
0,11
0,17
0,26
0,38
0,55
0,77
1,02
1,3
1,6
2,0
2,4
2,9
3,6
0,069
0,108
0,169
0, 254
0,373
0,555
0,77
1,017
1,31
1,63
1,96
2,36
2,88
3,56
Należy wiedzieć, że pochłanianie energii fali akustycznej jest zależne nie tylko od jej częstotliwości, ale też od temperatury powietrza i jego wilgotności względnej, a także od ciśnienia at1
W Internecie pod linkiem: http://resource.npl.co.uk/acoustics/techguides/absorption/
można znaleźć "kalkulator" umożliwiający obliczenie pochłaniania energii fali akustycznej. Deklarując częstotliwość dźwięku, temperaturę powietrza, ciśnienie powietrza (atmosferyczne) i wilgotność względną można odczytać
wartości tłumienia w dB/m. Wartości tłumienia obliczone tym "kalkulatorem" wstawiono do kolumny trzeciej powyższej tablicy. Są one zgodne z zaleceniami duńskiej procedury obliczania poziomu dźwięku.
mosferycznego. Zależności te opisuje norma ISO 9613-1 o tytule: "Akustyka - Tłumienie dźwięku
podczas propagacji w przestrzeni otwartej - Obliczanie pochłaniania dźwięku przez atmosferę".
W normie "przedstawiono analityczną metodę obliczania tłumienia dźwięku w wyniku pochłaniania przez atmosferę dla różnych warunków meteorologicznych, gdy dźwięk z dowolnego źródła rozchodzi się w przestrzeni otwartej."
Tłumienie dla przeważającej liczby tercji widma dźwięku turbiny wiatrowej (tercja to 1/3 oktawy dźwięku, a oktawa to dźwięki różniące się częstotliwością dwukrotnie) jest zdecydowanie
mniejsze niż proponowane pierwotnie 5 dB/km.
W poniżej tablicy zestawiono obliczone wartości współczynnika tłumienia w poszczególnych
tercjach porównując warunki dla temperatury +100 C oraz -50 C
Częstotliwość składowa
Hz
50
63
80
100
125
160
200
250
315
400
500
630
800
1000
Wartość tłumienia obliczona
"kalkulatorem" na podstawie
normy ISO 9613-1
Wilgotność względna 80%,
temperatura powietrza 10° C
Ciśnienie 1013 hPa
dB/km
Wartość tłumienia obliczona
"kalkulatorem" na podstawie
normy ISO 9613-1
Wilgotność względna 80%,
temperatura powietrza -5° C
Ciśnienie 1013 hPa
dB/km
0,069
0,108
0,169
0, 254
0,373
0,555
0,77
1,017
1,31
1,63
1,96
2,36
2,88
3,56
0,102
0,145
0,203
0,267
0,34
0,435
0,54
0,679
0,884
1,205
1,67
2,416
3,636
5,415
Pozostaje zatem wyjaśnienie jak wygląda typowy rozkład częstotliwości w hałasie turbiny wiatrowej? Na to pytanie znajdziemy odpowiedź w licznych opublikowanych wynikach pomiarów i
symulacji, przykładowo w pracy "ODDZIAŁYWANIE INFRADŹWIĘKÓW GENEROWANYCH PRZEZ TURBINY WIATROWE NA ZDROWIE CZŁOWIEKA", autorstwa prof. dr
hab. inż. Andrzeja Dobruckiego i dr inż. Bolesława Bogusza z Politechniki Wrocławskiej. Opracowanie wykonano jesienią 2011 roku na zlecenie Polskiego Towarzystwa Energetyki Wiatrowej ze Szczecina.
Zamieszczono w nim wykres widmowy (tercjowy) mocy akustycznej modelu turbiny Vestas 90
1,8 MW obliczony programem Soundplan 7.0, nieskorygowany charakterystyką częstotliwościową A (czyli widmo rzeczywiste), a także widmo mocy akustycznej tej turbiny skorygowane
charakterystyką A. Oba rysunki zamieszczamy cytując je z tej pracy.
Wnioski nasuwają się oczywiste. Moc akustyczna skorygowana charakterystyką A jest mniejsza
aż o 13 dB. Po drugie - z charakterystyki widmowej wynika, że przeważająca część energii akustycznej jest emitowana jako energia fal o niskich i bardzo niskich częstotliwościach. Częstotliwości te są bardzo słabo tłumione przez powietrze i dlatego zastosowanie współczynnika 5
dB/km jest błędem, nawet w obliczeniach uproszczonych.
W cytowanym opracowaniu na stronie 13 znaleźć można zdania: "Współczynnik pochłaniania
silnie zależy od częstotliwości, dlatego posługiwanie się wzorem ( ... ) z zastosowaniem korekcji
A jest zbyt dużym uproszczeniem. Należy najpierw policzyć poziomy w poszczególnych pasmach,
a następnie dopiero stosować korekcję częstotliwościową. Teoretycznie, współczynnik pochłaniania w powietrzu rośnie proporcjonalnie do kwadratu częstotliwości. W praktyce, na wartość
współczynnika wpływają temperatura i wilgotność względna powietrza. ( ... ) "
Z takich to przesłanek wyszli autorzy tego opracowania, proponując w wersji uproszczonej wzoru współczynnik 0,5 dB/km, lepiej przybliżający do rzeczywistych warunków pochłaniania hałasu turbiny.
W polemice po propozycji zmiany wartości współczynnika tłumienia przez powietrze
nie podpisany autor wspomniał o najbardziej niekorzystnej godzinie, myląc podstawowe pojęcia.
Przepisy Prawa Ochrony Środowiska wymagają wzięcia pod uwagę najwyższego poziomu
dźwięku (czyli hałasu) nocą w godzinach od 22 do 6 rano w ciągu najbardziej niekorzystnej godziny. Tego przecież nie da się wyróżnić ze wzoru, w którym nie ma ani pory doby, ani czasu.
Zaproponowany wzór opisuje najbardziej niekorzystny PRZYPADEK, bez wdawania się
w prawdopodobieństwo i porę jego wystąpienia - po prostu najbardziej niekorzystny przypadek.
Dlatego tłumienie nie może dotyczyć równocześnie przypadku nieprawdopodobnie korzystnego,
to znaczy dźwięku środka pasma akustycznego, czyli 1000 Hz. Zawartość tej i wyższych składowych jest mała, a nie dominująca. Dominują przecież składowe niskoczęstotliwościowe
i infradźwiękowe.
Do naszego artykułu załączamy zmieniony arkusz kalkulacyjny, bardziej funkcjonalny i nadal
bardzo prosty. Można nim obliczyć hałas pochodzący nawet od 12 turbin, każda o innej
(lub takiej samej) mocy akustycznej. Bardzo przydatną informację uzyskuje się z kolumny
"Udział" (procentowy) każdej z turbin w sumarycznym "hałasie".
Mamy nadzieję, że te przybliżone, szacunkowe obliczenia poziomu dźwięku od planowanej farmy wiatrowej umożliwią samodzielną ocenę prawidłowości raportów oddziaływania
na środowisko, sporządzanych nierzadko tendencyjnie, a nawet błędnie. Przeprowadzenie tych
obliczeń nie wymaga bowiem specjalistycznej wiedzy.